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农业昆虫的功能基因组学研究: 回顾与展望
       昆虫具有强大的环境适应能力,是地球上种类最为丰富的动物群体,已有超过 180 万种昆虫被鉴定和命名。随着人类社会的农业发展,昆虫和人类生活的关系日益密切,人类从数量庞大的昆虫群体中获得了大量的经济资源和生态效益。例如,家蚕 Bombyx mori 是我国丝绸行业的重要支柱,我国近年丝绸行业营业收入每年达 1200 亿元以上。此外各种显花作物的授粉也主要是由昆虫完成。但是,有害昆虫对农业生产造成的损失也不容忽视,即使通过一系列的防治措施,农林牧产品仍有 20% 损失是由农业害虫为害所产生的。随着 2000 年果蝇 Drosophila melanogaster 基因组测序和基因图谱绘制完成 ( Adams et al. ,2000) ,昆虫学的研究开始进入基因组时代。截止于 2015 年底,已报道完成基因组测序的有 15 种与农业相关的 昆 虫,包 括 豌 豆 蚜 Acyrthosiphon pisum ( Taguet al. ,2010 ) 、 褐 飞 虱 Nilaparvata lugens ( Xueet al. ,2014) 、亚洲飞蝗 Locusta migratoria ( Wanget al. ,2014 ) 、 小 菜 蛾 Plutella xylostella ( Youet al. ,2013) 4 种主要农业害虫、仓储害虫赤拟谷盗 Tribolium castaneum ( Richard et al. ,2008) 和经济昆虫家蚕 ( Xia et al. ,2004) 以及一些传粉昆虫和专营寄生的天敌昆虫。此外,还有光肩星天牛Anoplophora glabripennis、马 铃 薯 甲 虫 Leptinotarsadecemlineata、小 麦 瘿 蚊 Mayetiola destructor、草 地夜 蛾 Spodoptera frugiperda、橘 小 实 蝇 Bactroceradorsalis 等 10 多种农业昆虫的基因组测序组装工作在紧锣密鼓的进行当中。前面所提到的 6 种农业害虫的基因组大小在 200 - 6600 Mb,其中基因组最大的是亚洲飞蝗 ( 6525 Mb) ,最小的是赤拟谷盗 ( 204 Mb) ,重复序列、基因间隔以及内含子的大小不一造成了昆虫基因组大小的差异 ( 张传溪,2015) 。赤拟谷盗已发展为研究遗传发育、生态和食品安全的模式昆虫 ( Grünwald et al. ,2013) ,而家蚕也已经成为鳞翅目模式昆虫,这些基因组数据为研究昆虫在遗传发育、取食迁飞、免疫防御等方面提供了重要的信息基础,促进了以鉴定基因功能为目标的昆虫功能基因组学的发展,为农业害虫的为害机制和防治方法提供了分子水平上的基本依据。
1 研究农业昆虫基因组和功能基因组的意义
      利用天敌昆虫和害虫的互作关系防治害虫的应用越来越广泛,了解天敌控害的具体机制也需要以各种组学信息为基础,发展其功能基因组学的研究,以更好的指导防治过程。
2 农业昆虫的功能基因组学研究进展
2. 1 功能基因组学相关技术及应用
2. 2 生长发育和生殖
2. 3 多型现象
2. 4 抗药性
2. 5 嗅觉感受机制
2. 6 代谢及内共生现象
2. 7 天敌昆虫及其与寄主的关系
3展望
     虽然目前农业昆虫在功能基因组学方面的研究深度还有欠缺,如生长发育的分子调节、蚜虫生殖方式转换机制,气味信号的终止方式、迁飞行为的预测等。但是随着越来越多农业昆虫基因组、转录组和蛋白组等组学研究的深入,更多模式昆虫的确立,将会给农业昆虫在各种领域内的研究带来极大的便利。在抗药性方面,通过对昆虫体内整套遗传信息进行研究,构建遗传连锁图片,采用基因芯片分析,对筛选抗性主效基因和发现抗性机制都有巨大的帮助; 将为害虫抗性监测和新型药剂的研制提供更加科学有效的指导。在生长发育方面,JH 受体的确定和信号传导途径以及 Ecd 和 JH 之间是如何构建起交互作用等问题,在遗传操作技术和突变体体系构建的基础下也能迎刃而解。果蝇在发育生物学上的研究已经相当深入,加之昆虫间的信号传导通路存在较高的保守性,这为农业昆虫在生长发育方面的研究提供了有价值的参考。
      一代长读长测序技术的发展,为获得更完整更准确的昆虫全基因组信息提供了新方法,也为昆虫进化、行为以及有害昆虫的生物防治方面提供了基础。
       天津生物芯片拥有PacBio RSIISequel等测序平台,旨在为广大合作伙伴提供优质、快捷的基因组转录组测序组装分析服务,同时也为昆虫基因组学的研究提供助力。
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